Билет№33 Вопрос 1. Теплопередача через сферическую стенку

Рассматривается стационарный процесс переноса теплоты сферической однослойной стенкой при ГУ III рода. Заданы температуры внутренней и наружной жидкости; внутренний и наружный диаметры, коэффициент теплопроводности материала сферы, коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей.

Количество теплоты, которое получает конвективным путем сферическая поверхность в единицу времени:

Количество теплоты, которое проходит кондуктивным путем от поверхности d₁ к d₂ в единицу времени:

Для стационарного режима от d₂ в окружающую среду в единицу времени выделяется:

Выразим температурные напоры:

Суммируя равенства, получим:

Поток теплоты вследствие теплопередачи:

Коэффициент теплопередачи для шаровой стенки:

Термическое сопротивление:

Для многослойной сферической стенки поток теплоты вследствие теплопередачи запишется в виде:

Вопрос 2. Влияние экранов на лучистый теплообмен между поверхностями

Чтобы интенсифицировать лучистый теплообмен, надо увеличить температуру излучающего тела и увеличить степень черноты системы. И наоборот. Если температуру изменить нельзя, для снижения лучистого теплообмена применяют экраны.

Пусть имеется две плоские параллельные пластины и между ними тонкостенный экран (степень черноты экрана и поверхности одинакова. При отсутствии экрана теплообмен между поверхностями описывается выражением:

Вследствие стационарного процесса потоки излучения, передаваемые от первой поверхности к экрану и от экрана ко второй поверхности, будут одинаковы:

Таким образом т.е. при наличии одного экрана количество передаваемой энергии уменьшается в два раза, при наличииn экранов в (n+1) раз.

Еще больший эффект снижения получается, если применяются экраны с малой степенью черноты. Если между двумя плоскими поверхностями с установленоэкранов с, то:

1 экран с придает снижение лучистого теплообмена примерно в 13-14 раз.

Применение экранов необходимо, в частности, при измерении температуры газа вблизи горячих или холодных поверхностей.

Вопрос 3. Термическое контактное сопротивление

При выводе расчетных формул теплопроводности многослойных стенок предполагается, что слои плотно прилегают друг к другу и благодаря идеальному тепловому контакту соприкасающиеся поверхности разных слоев имеют одну и ту же температуру. В реальном случае, когда поверхности шероховаты, между поверхностями образуются воздушные зазоры. Так как теплопроводность воздуха мала , то наличие даже очень тонких зазоров может сильно повлиять в сторону уменьшения эквивалентного коэффициента теплопроводности многослойной стенки:

Аналогичное влияние оказывает и слой окисла металла. Поэтому при расчете и измерении теплопроводности многослойной стенки следует обращать внимание на плотность контакта между слоями.

Из рисунка видно, что, если поверхности имеют зазор вследствие неровностей (от технических обработок пластин, образовавшихся при монтаже) то наблюдается скачек температур, термическое контактное сопротивление будут зависеть от:

• величины неровности;

• давления, при котором одна поверхность контактирует с другой под действием массы, внешних усилий;

• значений температур на поверхностях неровной поверхности;

• коэффициента теплопроводности среды между поверхностями;

• наличия повышенного давления или вакуума.